Фактически реактор на быстрых нейтронах превратится в «перпетуум мобиле».
Реакторы на быстрых нейтронах: как Россия оказалась впереди планеты всей
Рассказываем, как устроены реакторы на быстрых нейтронах и почему они могут в корне изменить наше представление об энергетике. Единственной страной кроме России, сумевшей запустить реактор на быстрых нейтронах промышленной мощности, оказалась Франция. «Исследовать проблему вывода из эксплуатации быстрых реакторов можно на больших реакторах БН-600, БН-800. Программа «Росатома» предполагает использовать блоки с «быстрыми» реакторами в сочетании с реакторами на тепловых нейтронах. Реакторы на быстрых нейтронах способны нарабатывать плутоний, которого хватит, чтобы обеспечить собственную работу и при необходимости другие реакторы новым топливом.
Уральскую АЭС переводят на отработавшее топливо. Физик-ядерщик объяснил минусы такого подхода
Физико-энергетический институт остается лидером в разработке и формировании реакторов на быстрых нейтронах. В Северске началось капитальное строительство линий электропередачи (ЛЭП) для реализации схемы выдачи мощности будущего энергоблока с инновационным реактором на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем БРЕСТ-ОД-300. Интерфакс: Реактор на быстрых нейтронах БРЕСТ-300 в Томской области может быть введен в 2028-2029 гг., сообщил глава госкорпорации "Росатом" Алексей Лихачев в интервью телеканалу "Россия-24". Несмотря на то, что разработкой реакторов на быстрых нейтронах занимались еще в СССР, для промышленного производства МОКС-топлива пришлось построить отдельный завод. Многоцелевой научно-исследовательский реактор на быстрых нейтронах четвертого поколения поможет изучению технологий двухкомпонентной ядерной энергетики и другим научным целям. Эксперт Уваров: Россия сделала новый важный шаг к атомной энергетике будущего.
Атомный феникс для вечного двигателя
Энергоблок №4 с реактором на быстрых нейтронах БН-800 (800 МВт) включен в энергосистему России и уже поставляет электроэнергию. Ранее ядерные реакторы в России, работающие на быстрых нейтронах, загружались обычным урановым топливом, поскольку работали по обыкновенным натриевым технологиям, сообщает Несмотря на то, что разработкой реакторов на быстрых нейтронах занимались еще в СССР, для промышленного производства МОКС-топлива пришлось построить отдельный завод. отметил директор Белоярской АЭС Иван Сидоров. В перспективе можно обеспечить им атомную энергетику на тысячелетия вперед, сделав ее безотходной, и тогда реакторы на быстрых нейтронах станут своеобразными вечными двигателями, которые будут снабжать потребителей копеечной электроэнергией.
«Росатом» начал строить первый в мире атомный энергоблок с безотходным циклом
«Прорыв» предусматривает создание ядерных энергетических технологий нового поколения на базе замкнутого топливного цикла с использованием реакторов на быстрых нейтронах. Именно этот инновационный реактор на быстрых нейтронах стал настоящей мировой сенсацией, когда первым на планете целый год вырабатывал энергию на МОКС-топливе. использование свинцового теплоносителя, который не замедляет быстрые нейтроны.
Россия на пороге создания нового реактора на быстрых нейтронах
Эксперт отмечает, что разработчики концепции БРЕСТ предлагают новый тип топливного цикла — пристанционный, при котором переработка отработавшего ядерного топлива ОЯТ и фабрикация из него нового топлива осуществляются непосредственно на площадке АЭС. Например, так называемые миноры — нептуний, америций и кюрий, также образующиеся при работе реактора. С ними нужно что-то делать — вернуть ли их в реактор как часть топлива, дожечь ли в специализированной установке реактор или ускоритель , или, например, отдать космонавтам, чтобы они производили из них плутоний-238 для своих нужд. Постоянный адрес новости: eadaily.
А сейчас данный плутоний вернули в реактор, впервые выведя его на номинальную мощность. Такой вид ядерного топлива называется МОКС-топливом. Это первый шаг к замыканию топливного цикла. После того как плутоний отработает, часть его сгорит, отдав энергию, а другая часть будет переработана, и из нее сделают новое топливо, которое вновь загрузят в реактор, уже в третий раз. Фактически реактор на быстрых нейтронах превратится в «перпетуум мобиле».
Это будет машина по переработке всего сырьевого урана, который извлекается из земли.
Дизайном МБИР предусмотрено наличие трех независимых петель, которые могут использоваться для испытания различных теплоносителей газ, свинец, раствор солей и, соответственно, проведения материаловедческих исследований в данных средах. Срок ввода МБИРа в эксплуатацию в соответствии с федеральной программой — 2019 г. Мировая тенденция развития быстрых исследовательских реакторов показывает, что к 2025 г. МБИР можем стать единственной подобной установкой в мире. Максимальная плотность потока нейтронов 5. Предусматривается, что новая исследовательская ядерная установка будет иметь несколько независимых петель с автономным охлаждением, набор инструментованных ячеек в активной зоне, а также большое количество ячеек для размещения материаловедческих сборок. Технические характеристики МБИРа позволят решать широкий спектр задач, в том числе в области экспериментального обеспечения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию инновационных ядерно-энергетических установок нового поколения. Реактор позволит осуществлять отработку технологий замыкания топливного цикла и утилизации радиоактивных отходов, проводить комплексные исследования по радиационному материаловедению, включая создание новых конструкционных, топливных и поглощающих материалов, а также осуществлять комплексные экспериментальные работы с использованием нейтронного и других видов реакторных излучений для фундаментальных исследований.
Мощность для исследовательского реактора не важна, но она прямо связана с нейтронным потоком, который и является главным инструментом исследований. А поток влияет на сроки набора дозы облучения — возможность провести эксперименты с облучением за три года вместо 10 лет безусловно важна для исследователей, и это и является главным преимуществом высокопоточного реактора, так же, как и возможность проведения экспериментов в более широком диапазоне температур.
Кроме того, заменили теплоноситель в реакторе. В нем нет натрия, только свинец, у которого высокая температура кипения. То есть, как говорят специалисты, вероятность какой-либо серьезной аварии ничтожно мала. После того как опытный образец покажет свою эффективность, подобные или более мощные реакторы начнут возводить по всей России. Картина дня.
«Сделали то, что не успели в СССР». В России запущен вечный ядерный реактор
Американский журнал Power, одно из старейших профессиональных изданий, назвал это событие в числе главных в мировой энергетике. Через год загрузили более крупную партию, еще 160 тепловыделяющих сборок, и с того времени при всех последующих перегрузках использовали только инновационное топливо. Осенью 2023 года заменили и их. Во-первых, экономика и промышленность нашей страны будут обеспечены чистой атомной электроэнергией на сотни лет. Во-вторых, появится почти вечный двигатель, не требующий расходования невозобновляемых ресурсов для производства электроэнергии.
Так, благодаря изменениям в конструкции главного циркуляционного насоса второго контура, системы перегрузки, переходу от секционно-модульных на крупномодульные парогенераторы, улучшениям системы аварийного отвода тепла и холодной ловушки первого контура активной зоны снизились масса и стоимостные характеристики оборудования реакторной установки. А детальная проработка схемно-компоновочных и архитектурно-строительных решений и оптимизация генерального плана привели к сокращению строительных объемов. В итоге проектные показатели капитальных затрат на сооружение и, соответственно, себестоимость производства электроэнергии снизились, обеспечена конкурентоспособность по сравнению с перспективными блоками атомной и традиционной энергетики. Благодаря физическим особенностям активной зоны быстрого реактора для топлива можно использовать плутоний различного изотопного состава — из переработанного топлива как быстрых, так и водо-водяных реакторов, и добавлять минорые актиниды для их дожигания в реакторе , нарабатывать плутоний для новых порций топлива и востребованные изотопы. Срок службы блока с БН-1200М составляет минимум 60 лет. Как отмечает Сергей Шепелев, есть потенциал для роста до 80 лет, увеличения КИУМ — с 0,9 до 0,91, назначенного срока службы парогенераторов — с 30 до 60 лет, а также для удлинения топливной кампании. В 2023 году должны быть утверждены финансовые параметры проекта и пройдены общественные слушания. Следующий шаг — одобрение Главгосэкспертизы и получение в Ростехнадзоре лицензии на размещение энергоблока. Затем — разработка проектной документации и прочих документов и еще одна Главгосэкспертиза.
При выстраивании двухкомпонентной атомной энергетики с замыканием ядерного топливного цикла то, что не знали куда деть, становится ценнейшим сырьем — реакторы на быстрых нейтронах «питаются» тем, что остается после работы обычных реакторов. Если вам нужна «зеленая энергетика» - то вот она. Зеленее не бывает.
Как мы уже рассказывали , самый первый экспериментальный реактор на быстрых нейтронах "Клементина" был построен в США в 1946 году. В 1959-м здесь же ввели исследовательский реактор БР-5, а спустя время после реконструкции он получил название БР-10. Одновременно с этим и после реакторы на быстрых нейтронах разного назначения исследовательские, демонстрационные, реакторы-размножители, реакторы для подводных лодок и мощные энергетические аппараты с разным типом теплоносителя ртуть, натрий-калий, натрий, свинец-висмут были созданы и работали с разной продолжительностью в восьми странах, включая Советский Союз. Но почему США, Великобритания, Франция, чуть раньше Германия свернули, притормозили или, как сейчас Япония, заморозили у себя подобные программы, а Россия, Индия и вслед за нами Китай пошли дальше? Ответ на этот и смежные вопросы ученые и профессионалы из России, Беларуси, Казахстана и Китая обсуждали на недавней конференции "Инновационные проекты и технологии ядерной энергетики", которая под эгидой "Росатома" была проведена в Москве. К этому моменту шли поэтапно, постепенно увеличивая в загрузке реактора долю смешанного уран-плутониевого топлива. И полный перевод БН-800 на промышленное МОКС-топливо - важный шаг к созданию в России двухкомпонентной атомной энергетики с замкнутым топливным циклом.
Росатом получил лицензию на производство ядерного топлива для «реактора будущего»
ТВЭЛ отдают в воду большое количество тепла. Хранение такого топлива — настоящая проблема для большинства стран мира. Но как может отработавшее топливо заново давать свет и электроэнергию? Это позволяет получать больше тепла и электричества, расходуя меньше топлива.
Если вам нужна «зеленая энергетика» - то вот она. Зеленее не бывает. Использованные источники:.
Подарок будущим поколениям — Получается, что для производства МОКС-топлива у нас компонентов намного больше, чем для работы реакторов на тепловых нейтронах? Для тепловых реакторов нужно постоянно добывать уран из-под земли, обогащать его, а потом этот драгоценный изотоп уран-235 выгорает.
А в случае уранплутониевого топлива получается так: мы берём обеднённый уран и плутоний, кладём в реактор, там плутоний одновременно и выгорает, и нарабатывается. И дальше уже вопрос баланса. Козёл, МОХ и жёлтый кек: как хорошо вы понимаете язык атомщиков Есть так называемый коэффициент воспроизводства, то есть соотношение между тем, сколько плутония мы запихнули в реактор, и тем, сколько выгрузили после того, как сборка отработает. Если он меньше единицы, значит, выработалось меньше, чем сгорело. На тепловых реакторах коэффициент воспроизводства топлива гораздо меньше единицы. Для справки Идею быстрых реакторов предложил ещё в 30-е годы XX века лауреат Нобелевской премии по физике Энрико Ферми, «папа» первого в мире ядерного реактора. Он доказал, что быстрые реакторы способны создавать делящиеся материалы и поэтому в них можно попробовать максимально использовать возможности урана. Эту идею тут же подхватили в СССР.
Первый быстрый реактор, БН-1, построили в нашей стране в 1955 году. Он обладал низкой мощностью, зато проведённые на нём исследования доказали: в быстрых реакторах действительно можно воспроизводить топливо. Эксперименты продолжились. Начиная с 1969 года в НИИ атомных реакторов в Димитровграде работает БОР-60 — в нём исследуют топливо и материалы для быстрых реакторов. Затем был БН-600, который запустили в 1980-м, — он, кстати, также действует до сих пор. В январе 1997 года получил лицензию на производство проект реактора БН-800, в декабре 2015-го блок с этим реактором заработал на Белоярской АЭС. Мы берём ядерные отходы, делаем из них МОКС-топливо, кидаем его в реактор, оно там выделяет энергию, производит плутоний — и так до бесконечности? Если говорить простым языком, из отработанного МОКС-топлива сначала удаляются вредные и ненужные продукты ядерной реакции — осколки деления.
А уран и плутоний остаются. Мы «подливаем» в них недостающие элементы — и вот тогда снова отправляем работать в реактор. У МОКС-топлива есть ещё одно преимущество, как подарок будущим поколениям, — замыкание топливного цикла с точки зрения утилизации америция и нептуния. Это два очень вредных продукта деления ядерной реакции в любом реакторе. И реактор на быстрых нейтронах немного уменьшает их количество. То есть если топливо изначально содержит америций или нептуний, то можно таким образом облучить это топливо в реакторе на быстрых нейтронах, что они выгорят или превратятся во что-то более нейтральное, — и всё, не нужно это опасное вещество где-то хранить.
Третья задача — снижение радиоактивности отходов с помощью переработки минорных актинидов. Все это в комплексе позволит повысить экологическую безопасность, экономичность и социальную приемлемость атомной энергетики. Как отметил в интервью профильному порталу Atominfo. Весь опытно-демонстрационный энергокомплекс заработает в 2029 году.
В планах госкорпорации — масштабирование ОДЭК: на первом этапе предполагается строительство таких комплексов близи действующих российских тепловых АЭС, на втором — выход на внешние рынки. Сегодня Научно-исследовательский и конструкторский институт энерготехники им. По словам Вадима Лемехова, «Росатом» предлагает включить новую установку в план размещения энергоблоков до 2045 года, вероятнее всего на Южном Урале. Генеральный конструктор «Прорыва» отмечает, что БРЕСТ сразу конструировали с прицелом на строительство более крупного реактора. Именно поэтому была выбрана мощность 300 МВт, а не в 10 раз меньшая, как обычно делается на опытных установках. На маленьком реакторе невозможно выявить те проблемы, которые способны возникнуть на большом. Вадим Лемехов уверен, что в целом выполненное расчетно-экспериментальное обоснование позволит с высокой долей вероятности прогнозировать облик БР-1200.
Ядерный спор: Ученый и "Росатом" разошлись в вопросе о развитии отрасли
Ожидается, что реактор заработает во второй половине 2020-х годов. По принципу естественной безопасности Перед началом официального старта мероприятия руководитель проектного направления «Прорыв», специальный представитель по международным и научно-техническим проектам госкорпорации «Росатом» Вячеслав Першуков рассказал журналистам, что конструкция реактора БРЕСТ-ОД-300 со свинцовым теплоносителем основана на принципах так называемой естественной безопасности. По его словам, интегральная конструкция и физика реакторной установки позволяют исключить аварии, требующие эвакуации населения. Он уверен, что в будущем подобные установки должны сделать атомную энергетику «не только более безопасной, но и более экономически конкурентной по сравнению с наиболее эффективной тепловой электрогенерацией». Она также подчеркнула, что «сама идея проекта "Прорыв" — это не только новое поколение реакторов, но и новое поколение технологий ядерного топливного цикла». Все они искренне радовались этому стартовавшему в России инновационному и очень важному для всей атомной энергетики проекту. Открывший торжественную церемонию генеральный директор госкорпорации «Росатом» Алексей Лихачев сообщил, что благодаря переработке ядерного топлива, по сути, бесконечное количество раз ресурсная база атомной энергетики станет практически неисчерпаемой.
Реактор планируется ввести в эксплуатацию во второй половине 2020-х годов. В ходе этой операции окончательно проверяется достижение проектных геометрических параметров всех элементов и подтверждается работоспособность реактора», — цитирует Никипелова РИА «Новости». По словам Никипелова, такие реакторы строятся раз в 50 лет и это «действительно штучный продукт». На базе МБИР планируют создать международный центр исследований, в рамках которого зарубежные участники смогут выполнять эксперименты. Строительство МБИР началось в 2015 году.
Его цель - создание ядерно-энергетического комплекса, который позволит организовать пристанционный замкнутый ядерный топливный цикл, что даст возможность не только производить электричество, но и готовить из топлива, выгружаемого из активной зоны реактора, новое. Сообщалось, что общий объем инвестиций в проект "Прорыв" по состоянию на сентябрь 2022 года оценивался в 240 млрд рублей.
Элементы многоцелевого исследовательского реактора на быстрых нейтронах МБИР отправлены из Волгодонска в Димитроград на место постоянной сборки. Теперь детали реактора общим весом более 360 тонн отправлены в Ульяновскую область в научно-исследовательский институт. После монтажа оборудования длина корпуса реактора составит 12 метров с минимальной для таких изделий толщиной металла до 50 мм.
Ученые Росатома обсудили в Обнинске будущее развитие реакторов на быстрых нейтронах
На нашем пути трудностей тоже хватало. К примеру, как и у японцев, в 2014 году на БН-800 был сломан узел загрузочной машины, затем в процессе загрузки топлива обнаружились конструкционные недочёты элементов крепления на тепловыделяющих сборках. И всё же проект полностью довели до ума. В чисто технологическом плане в создании и эксплуатации реакторов на быстрых нейтронах США, Франция, Индия, Китай, Япония, Южная Корея и все остальные страны, имеющие отношение к ядерной энергетике, отстали от России на много лет. И не факт, что вообще когда-то догонят. Технологии промышленного реактора на быстрых нейтронах невозможно воспроизвести, зная лишь физику происходящих в нём процессов. Если БН-600 является площадкой для использования некоторых экспериментальных видов топлива, то БН-800 предполагает переход к практически безотходной ядерной энергетике и возможность широкого расширения топливной базы. Предполагается, что на нём будут отработаны промышленные технологии переработки облучённого топлива и изготовление из него новых тепловыделяющих элементов технология рециклинга. Решение этих проблем позволит увеличить эффективность использования топлива в десятки раз и во столько же уменьшить количество радиоактивных отходов. Это также позволит практически до бесконечности продлевать ресурсную базу для АЭС. Чем ещё уникален новый блок?
БН-800 уникален и тем, что имеет только ему свойственный метод самозащиты. При отклонении от нормального режима работы реактор сам останавливает ядерную реакцию. Это происходит из-за того, что в основу некоторых элементов защиты заложены естественные законы природы — к примеру, сила тяжести опустит стержни-замедлители, даже если система защиты не получит команду от человека или автоматики. В корпусе реактора отсутствует высокое давление оно всего лишь чуть выше обычного атмосферного , а сам корпус состоит из двух основного и страховочного защищённых объёмов, вложенных друг в друга по принципу матрёшки. К тому же реактор имеет интегральную компоновку: всё оборудование первого контура, подвергающееся радиационному воздействию, заключено внутрь его корпуса. В отличие от российских реакторов на тепловых нейтронах типа РБМК и ВВЭР, использующих в качестве теплоносителя воду, на БН-800 в качестве теплоносителя, как уже упоминалось, используется жидкий натрий. Его большая теплоёмкость и большой температурный запас в течение нескольких суток не позволят реактору перегреться, даже если он останется вообще без охлаждения. В случае с водой перегрев наступает за считаные часы. Кстати, количество циркулирующего в энергоблоке жидкого натрия просто огромно — 2000 тонн, то есть примерно 45 железнодорожных цистерн. В заключение — несколько мыслей на тему высказывания президента США Обамы, что Россия — это всего лишь большая страна-бензоколонка.
Его применение в десятки раз увеличит топливную базу атомной энергетики. Кроме того, теперь отработавшее ядерное топливо других АЭС можно вместо хранения использовать повторно, в БН-800.
Раньше его отправляли либо на склад, либо военным, — объясняет технологию глава «Атоминфо-Центра» Александр Уваров. А сейчас данный плутоний вернули в реактор, впервые выведя его на номинальную мощность. Такой вид ядерного топлива называется МОКС-топливом. Это первый шаг к замыканию топливного цикла. После того как плутоний отработает, часть его сгорит, отдав энергию, а другая часть будет переработана, и из нее сделают новое топливо, которое вновь загрузят в реактор, уже в третий раз.
Фактически реактор на быстрых нейтронах превратится в «перпетуум мобиле».
Вообще-то, Россия не является пионером в создании реакторов на быстрых нейтронах, но она стала первой, кто преуспел в этом. Первым атомным реактором на быстрых нейтронах с натриевым теплоносителем стал американский EBR I, запущенный 20 декабря 1951 года, но к электросетям он подключен не был, энергия использовалась в основном для освещения здания, в котором находился реактор. В 1965 году реактор остановили и запустили второй такой же, но в 1994 году остановили. Владельцы АЭС США — в основном частные компании, они не видят коммерческих преимуществ в быстрых реакторах по сравнению с обычными «тепловыми». Да и тема обеспечения человечества практически вечной энергетической базой американцам не близка. Не вышло у американцев и с военным использованием натриевых быстрых реакторов. Натрий бурно реагирует с водой и горит на воздухе, что усложняет любую аварию с утечкой теплоносителя.
Поэтому после трехлетней эксплуатации единственной американской подлодки с натриевым теплоносителем USS Seawolf были сделаны отрицательные выводы о применимости такого типа реакторов в подводном флоте, на самой подлодке реактор был заменен на обычный водо-водяной, и эксперименты с использованием быстрых реакторов Пентагон прекратил. Однако из-за нескольких аварий его неоднократно останавливали, запускали снова, потом снова останавливали и окончательно заглушили в феврале 2010 года, так и не выведя на проектную мощность. В Японии быстрым реакторам не повезло: в 1995 году на реакторе «Мондзю» через четыре месяца после пуска произошла крупная утечка натрия. Потом 15 лет на АЭС шел ремонт, но при перезапуске снова произошла авария. С тех пор реактор не работает. Индия имеет исследовательский быстрый реактор FTBR, но с пуском демонстрационного реактора PFBR-500 у индийцев не ладится уже много лет по причине отсутствия опыта и специалистов.